談?wù)勂?chē)嵌入式軟件

什么是嵌入式軟件?

嵌入式軟件就是嵌入在硬件中的操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)工具軟件，它在產(chǎn)業(yè)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系體現(xiàn)為：芯片設(shè)計(jì)制造→嵌入式系統(tǒng)軟件→嵌入式電子設(shè)備開(kāi)發(fā)、制造。

嵌入式軟件最基本的理解是軟件+硬件結(jié)合，來(lái)對(duì)產(chǎn)品做出定義，而非嵌入式軟件又或是純互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)則是單純的對(duì)軟件做出定義，其兼容性差，軟件移植性差。

傳統(tǒng)行業(yè)上對(duì)嵌入式的應(yīng)用較為廣闊，即便現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)如此發(fā)達(dá)，但是不得不承認(rèn)，傳統(tǒng)行業(yè)在社會(huì)發(fā)展中有不可替代的地位。傳統(tǒng)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)和的嵌入式開(kāi)發(fā)應(yīng)用更是具有光明前景的。

嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序4個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式軟件就是基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件，它也是計(jì)算機(jī)軟件的一種，同樣由程序及其文檔組成，是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分。

嵌入式中硬件和軟件也不再是截然分開(kāi)的兩個(gè)概念，而是緊密結(jié)合、相互影響的。因而出現(xiàn)了軟硬件協(xié)同(codesign)設(shè)計(jì)方法，即使用統(tǒng)一的方法和工具對(duì)軟硬件，協(xié)同設(shè)計(jì)軟硬件體系結(jié)構(gòu)，以最大限度地挖掘系統(tǒng)軟硬件能力，避免由于獨(dú)立設(shè)計(jì)軟硬件體系結(jié)構(gòu)而帶來(lái)的種種弊病，得到高性能低代價(jià)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

嵌入式軟件的特點(diǎn)：

獨(dú)特的實(shí)用性

嵌入式軟件要求它與外部硬件和設(shè)備聯(lián)系緊密，嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，嵌入式軟件是應(yīng)用系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)用需求定向開(kāi)發(fā)，面向產(chǎn)業(yè)、需要特定的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。每種嵌入式軟件都有自己獨(dú)特的應(yīng)用環(huán)境和實(shí)用價(jià)值。

靈活的適用性

嵌入式軟件通常可以認(rèn)為是一種模塊化軟件，它應(yīng)該能非常方便靈活地運(yùn)用到各種嵌入式系統(tǒng)中，而不能破壞或更改原有的系統(tǒng)特性和功能。嵌入式軟件要使用靈活，應(yīng)盡量?jī)?yōu)化配置，減小對(duì)系統(tǒng)的整體繼承性，升級(jí)更換靈活方便。

程序代碼精簡(jiǎn)

由于嵌入式系統(tǒng)本身的應(yīng)用有小體積、小存儲(chǔ)空間、低成本、低功耗等要求，嵌入式軟件和大型機(jī)上的軟件相比，具有代碼精簡(jiǎn)、執(zhí)行效率高等特點(diǎn)。

可靠性、穩(wěn)定性高

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用要求一般較為苛刻，特別是在涉及安全相關(guān)的領(lǐng)域，如汽車(chē)電子(下面會(huì)具體說(shuō)明汽車(chē)軟件嵌入式的相關(guān)內(nèi)容)、還有工業(yè)控制、航空航天等，這些領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)不僅要求硬件可靠，還對(duì)嵌入式軟件提出了更高的要求。嵌入式軟件需要運(yùn)行可靠、穩(wěn)定,具有錯(cuò)誤處理及故障恢復(fù)等功能。

嵌入式軟件分類：

按照通常的分類方法，嵌入式軟件可以分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和支撐軟件三大類：

系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件控制和管理嵌入式系統(tǒng)資源，為嵌入式應(yīng)用提供支持的各種軟件，如設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式中間件等。

應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)中的上層軟件，它定義了嵌入式設(shè)備的主要功能和用途，并負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交互。應(yīng)用軟件是嵌入式系統(tǒng)功能的體現(xiàn)，如飛行控制軟件、手機(jī)軟件、MP3播放軟件、電子地圖軟件等，一般面向特定的應(yīng)用領(lǐng)域。

支撐軟件

支撐軟件是指輔助軟件開(kāi)發(fā)的工具軟件，如在線仿真工具、交叉編譯器源程序模擬器和配置管理工具等。在嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件運(yùn)行在目標(biāo)平臺(tái)上(即嵌入式設(shè)備上)，而對(duì)于各種軟件開(kāi)發(fā)工具來(lái)說(shuō)，它們大部分都運(yùn)行在開(kāi)發(fā)平臺(tái)(PC機(jī))上，運(yùn)行Windows或 Linux操作系統(tǒng)。

嵌入式軟件和非嵌入式軟件的區(qū)別

嵌入式：在已有的硬件上移植(需要修改操作系統(tǒng)源碼，安裝不需要)操作系統(tǒng)解決軟硬件耦合導(dǎo)致的問(wèn)題。嵌入式軟件和非嵌入式軟件的區(qū)別(即傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)和嵌入式開(kāi)發(fā)的優(yōu)缺點(diǎn))：

傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)的缺點(diǎn)：

軟硬件耦合度高導(dǎo)致軟件移植性差

軟件開(kāi)發(fā)人員必須懂硬件

軟件功能性差

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)成本低

嵌入式開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：

解決傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟硬件耦合度導(dǎo)致的問(wèn)題

多任務(wù)機(jī)制

提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

提供了豐富的開(kāi)源軟件和工具

缺點(diǎn)：硬件成本高

汽車(chē)嵌入式軟件方向

嵌入式軟件部分分為軟件架構(gòu)、軟件刷寫(xiě)、底層軟件、應(yīng)用層軟件和故障診斷等幾個(gè)部分。

軟件架構(gòu)：

(1)Boot-loader;

(2)軟件平臺(tái)層;

(3)策略應(yīng)用層。

Boot-loader作為一個(gè)單獨(dú)的工程開(kāi)發(fā)，生成一個(gè)獨(dú)立的二進(jìn)制文件。

下圖為基于UDS協(xié)議的Boot-loader架構(gòu)：

下圖為軟件架構(gòu)：

軟件刷寫(xiě)：控制器復(fù)位后，將根據(jù)外部硬件配置選擇boot-to-flash模式，跳轉(zhuǎn)到Boot-loader，執(zhí)行RAM自檢。若自檢成功并且檢測(cè)到有效的應(yīng)用軟件，將跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用軟件，否則，進(jìn)入boot-loader模式，等待刷新有效的應(yīng)用軟件。下圖是Boot-loader軟件邏輯。

底層軟件架構(gòu)

硬件依賴層(底層驅(qū)動(dòng))：包括復(fù)雜驅(qū)動(dòng)、看門(mén)狗、基礎(chǔ)服務(wù)(系統(tǒng)調(diào)度所需定時(shí)器、中斷管理和一些通用處理函數(shù)，如PLL驅(qū)動(dòng)、Flash驅(qū)動(dòng)、內(nèi)存管理驅(qū)動(dòng)、定時(shí)器驅(qū)動(dòng))、IO、CAN等其他驅(qū)動(dòng)。

硬件抽象層：對(duì)IO口、PWM、CAN、SPI等功能模塊進(jìn)行抽象定義，使得應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)不同底層平臺(tái)的移植。

軟件集成：軟件集成就是將應(yīng)用層軟件與底層軟件集成為一個(gè)可刷寫(xiě)到硬件中的軟件，軟件集成的變量映射關(guān)系詳見(jiàn)下圖：

底層會(huì)根據(jù)硬線或者CAN線輸入，生成一系列的接口變量(函數(shù))，應(yīng)用層直接調(diào)用底層上傳的接口變量(函數(shù))。硬件抽象層(HAL)將完成對(duì)底層信號(hào)到全局變量的映射。為實(shí)現(xiàn)硬件更改及平臺(tái)移植，底層軟件平臺(tái)采用宏和腳本來(lái)完成全局變量和API(應(yīng)用程序接口，例如函數(shù))的自動(dòng)生成。

VCU整車(chē)控制策略：

按功能模塊劃分有如下功能模塊：輸入信號(hào)處理、輸出信號(hào)處理、轉(zhuǎn)矩控制、上下電控制、檔位模式、系統(tǒng)能力估算、故障診斷處理、附件管理等。